CN102567591A - 油套管螺纹接头建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油套管螺纹接头建模方法。所述建模方法包括如下步骤：获得接头的外螺纹初始几何参数；获得接头的外螺纹辅助面参数；根据外螺纹初始几何参数和外螺纹辅助面参数，获得接头的外螺纹几何模型；获得接头的内螺纹初始几何参数；获得接头的内螺纹辅助面参数；根据内螺纹初始几何参数和内螺纹辅助面参数，获得接头的内螺纹几何模型；根据外螺纹几何模型和内螺纹几何模型，组合形成接头参数，由程序自动组合成接头几何模型；将接头几何模型进行网格划分，获得有限元模型。本发明在给定了要求参数后，由有限元软件自动按要求建立几何模型和材料模型，并可自动划分有限元网格模型，实现油套管接头的自动设计分析及可靠性分析。

Description

油套管螺纹接头建模方法

技术领域

本发明涉及一种油套管螺纹接头建模方法。

背景技术

石油工业用油套管是石油、天然气勘探等开发中的必须的装备，并利用螺纹接头在井下连接成管柱。在油套管接头设计过程中经常要进行接头的建模和网格划分，而建模过程是有限元模拟中最费事、最关键的一步。油套管螺纹接头有限元分析过程中螺纹结构部分由于形状变化复杂，目前还都使用人工方法建模。由于目前技术未能实现有限元分析过程的自动建模，使得每次更改接头的螺纹或气密封结构形状或尺寸后都要人工再次建模，费事费力。且人工建模方法不能适用于蒙特卡洛方法进行变参数条件下接头性能的可靠度分析，或优化设计。有必要建立一个自动建模方法，便于实现油井管管柱井下服役条件下的可靠度分析，也可应用于特殊接头的优化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油套管螺纹接头建模方法，实现油套管螺纹接头的自动设计及可靠性分析。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种油套管螺纹接头建模方法，包括如下步骤：

获得所述接头的外螺纹初始几何参数；

获得所述接头的外螺纹辅助面参数；

根据所述外螺纹初始几何参数和所述外螺纹辅助面参数，获得所述外螺纹几何模型；

获得所述接头的内螺纹初始几何参数；

获得所述接头的内螺纹辅助面参数；

根据所述内螺纹初始几何参数和所述内螺纹辅助面参数，获得所述内螺纹几何模型；

根据所述外螺纹几何模型和所述内螺纹几何模型，组合形成接头参数，由程序自动生成接头几何模型；

将所述接头几何模型进行网格划分，获得有限元模型。

上述方案中，所述获得所述接头的外螺纹初始几何参数包括：

获得所述接头的外螺纹结构边线；

获得所述接头的外密封结构边线；

根据所述外螺纹结构边线和所述外密封结构边线，获得所述接头的外螺纹初始几何参数。

上述方案中，所述获得所述接头的内螺纹初始几何参数包括：

获得所述接头的内螺纹结构边线；

获得所述接头的内密封结构边线；

根据所述内螺纹结构边线和所述内密封结构边线，获得所述接头的内螺纹初始几何参数。

上述方案中，所述根据所述外螺纹初始几何参数和所述外螺纹辅助面参数，获得所述外螺纹几何模型包括：

将所述外螺纹初始几何参数与所述外螺纹辅助面参数进行布尔逻辑运算，获得所述外螺纹几何模型。

上述方案中，所述根据所述内螺纹初始几何参数和所述内螺纹辅助面参数，获得所述内螺纹几何模型包括：

将所述内螺纹初始几何参数与所述内螺纹辅助面参数进行布尔逻辑运算，获得所述内螺纹几何模型。

上述方案中，所述将所述接头几何模型进行网格划分，获得有限元模型包括：

将所述接头几何模型进行网络划分和生成接触单元后，自动对有限元模型施加载荷及约束条件，以用于计算分析。

上述方案中，所述布尔逻辑运算为布尔加和/或裁剪运算。

与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：

本发明提供的油套管螺纹接头建模方法，通过获得外螺纹几何模型和内螺纹几何模型信息，并组合形成接头几何模型后，按照有限元软件自动建立有限元网格模型，实现进行油套管螺纹接头的自动设计及可靠性分析。

附图说明

图1为本发明实施例的油套管螺纹接头建模方法流程图；

图2为本发明实施例的油套管螺纹接头建模过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种油套管螺纹接头建模方法，包括如下步骤：

S 100：获得所述接头的参数信息；

其中，所述接头的参数信息可以包括：油套管螺纹接头的管体外径、壁厚、接箍外径及长度、锥度、螺距、中径、齿高、牙型角及各个倒角半径、载荷等参数信息。

S110：获得所述接头的外螺纹初始几何参数；

其中，获得所述接头的外螺纹初始几何参数具体包括：根据接头的参数信息获得所述接头的外螺纹结构边线、获得所述接头的外密封结构边线；并根据所述外螺纹结构边线和所述外密封结构边线，获得所述接头的外螺纹初始几何参数。

S120：获得所述接头的外螺纹辅助面参数；

S130：根据所述外螺纹初始几何参数和所述外螺纹辅助面参数，获得所述外螺纹几何模型；

其中，根据所述外螺纹初始几何参数和所述外螺纹辅助面参数，获得所述外螺纹几何模型具体包括：将所述外螺纹初始几何参数与所述外螺纹辅助面参数进行布尔逻辑运算，获得所述外螺纹几何模型。进一步的，所述的布尔逻辑运算具体为：布尔加和/或裁剪运算。

S140：获得所述接头的内螺纹初始几何参数；

其中，获得所述接头的内螺纹初始几何参数具体包括：根据所述接头的参数信息获得所述接头的内螺纹结构边线、获得所述接头的内密封结构边线；并根据所述内螺纹结构边线和所述内密封结构边线，获得所述接头的内螺纹初始几何参数。

S150：获得所述接头的内螺纹辅助面参数；

S160：根据所述内螺纹初始几何参数和所述内螺纹辅助面参数，获得所述内螺纹几何模型；

其中，根据所述内螺纹初始几何参数和所述内螺纹辅助面参数，获得所述内螺纹几何模型具体包括：将所述内螺纹初始几何参数与所述内螺纹辅助面参数进行布尔逻辑运算，获得所述内螺纹几何模型，进一步的，所述的布尔逻辑运算具体为：布尔加和/或裁剪运算。

S170：根据所述外螺纹几何模型和所述内螺纹几何模型，组合形成接头参数，由程序自动生成接头几何模型；

S180：将所述接头几何模型进行网格划分，获得有限元模型。

其中，将所述接头几何模型进行网格划分，获得有限元模型具体包括：将所述接头几何模型进行网络划分和生成接触单元后，自动对有限元模型施加载荷及约束条件，以用于加载计算分析。

下面结合附图1和附图2具体描述油套管螺纹接头建模过程。具体而言：

如附图2所示，获得所述接头的内螺纹结构边线1和内密封结构边线2；获得所述接头的外螺纹结构边线3和外密封结构边线4；并生成内螺纹初始模型5和外螺纹初始模型6，然后分别设置内螺纹辅助面7和外螺纹辅助面8，进一步的控制内螺纹辅助面7和外螺纹辅助面8到适当位置，分别与内螺纹初始模型5和外螺纹初始模型6进行布尔加运算，可得到内螺纹面9和外螺纹面10，并将内螺纹面9和外螺纹面10进行组合即可得到接头模型11，进一步的划分网格得到有限元模型12后，即可进行加载计算分析。

本发明所针对的油套管螺纹接头主要包括两种螺纹：API偏梯形螺纹和气密封特殊螺纹接头，下面分别针对这两种螺纹进行说明。

针对API偏梯形螺纹，使用本发明提供的的油套管螺纹接头建模方法可按下述步骤实施：首先输入接头的管体外径、壁厚、接箍外径及长度、锥度、螺距、中径、齿高、牙型角及各个倒角半径、载荷等参数，由系统依次生成螺纹线、边缘性，然后生成螺纹初始模型和辅助面，软件系统对螺纹初始模型和辅助面进行布尔裁剪运算，生成螺纹模型，组合后即可进行网格划分和生成接触单元。系统自动对模型施加载荷及约束条件，即可进行分析。

针对气密封特殊螺纹接头，使用本发明提供的油套管螺纹接头建模方法可按下述步骤实施：首先输入接头的管体外径、壁厚、接箍外径及长度、锥度、螺距、中径、齿高、牙型角及各个倒角半径、密封直径、密封直径位置、密封结构长度、载荷等参数。由系统依次生成螺纹线、边缘性，然后生成螺纹初始模型和辅助面，软件系统对螺纹初始模型和辅助面进行布尔裁剪运算，生成螺纹模型，组合后即可进行网格划分和生成接触单元。系统自动对模型施加载荷及约束条件，即可进行分析。

本发明提供的自动建模方法，给定了要求参数后，由有限元软件自动按要求建立几何模型和材料模型，并可自动划分有限元网格模型，用于新型带锥度油套管接头的设计计算及可靠性分析。本发明便于实现油井管管柱井下服役条件下的可靠度分析，也可应用于特殊接头的优化设计。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种油套管螺纹接头建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

获得所述接头的外螺纹初始几何参数；

获得所述接头的外螺纹辅助面参数；

根据所述外螺纹初始几何参数和所述外螺纹辅助面参数，获得所述接头的外螺纹几何模型；

获得所述接头的内螺纹初始几何参数；

获得所述接头的内螺纹辅助面参数；

根据所述内螺纹初始几何参数和所述内螺纹辅助面参数，获得所述接头的内螺纹几何模型；

根据所述外螺纹几何模型和所述内螺纹几何模型，组合形成接头参数，由程序自动生成接头几何模型；

将所述接头几何模型进行网格划分，获得有限元模型。

2.如权利要求1所述的油套管螺纹接头建模方法，其特征在于：所述获得所述接头的外螺纹初始几何参数包括：

获得所述接头的外螺纹结构边线；

获得所述接头的外密封结构边线；

根据所述外螺纹结构边线和所述外密封结构边线，获得所述接头的外螺纹初始几何参数。

3.如权利要求1所述的油套管螺纹接头建模方法，其特征在于：所述获得所述接头的内螺纹初始几何参数包括：

获得所述接头的内螺纹结构边线；

获得所述接头的内密封结构边线；

根据所述内螺纹结构边线和所述内密封结构边线，获得所述接头的内螺纹初始几何参数。

4.如权利要求1所述的油套管螺纹接头建模方法，其特征在于：所述根据所述外螺纹初始几何参数和所述外螺纹辅助面参数，获得所述外螺纹几何模型包括：

将所述外螺纹初始几何参数与所述外螺纹辅助面参数进行布尔逻辑运算，获得所述外螺纹几何模型。

5.如权利要求1所述的油套管螺纹接头建模方法，其特征在于：所述根据所述内螺纹初始几何参数和所述内螺纹辅助面参数，获得所述内螺纹几何模型包括：

将所述内螺纹初始几何参数与所述内螺纹辅助面参数进行布尔逻辑运算，获得所述内螺纹几何模型。

6.如权利要求1所述的油套管螺纹接头建模方法，其特征在于：所述将所述接头几何模型进行网格划分，获得有限元模型包括：

将所述接头几何模型进行网络划分和生成接触单元后，自动对有限元模型施加载荷及约束条件，以用于计算分析。

7.如权利要求4或5所述的油套管螺纹接头建模方法，其特征在于：所述布尔逻辑运算为布尔加和/或裁剪运算。